电压电流转换接口AM442原理及应用_电源技术论文
关键词：电压/电流转换器 接口 am442
1 概述
am442是一个用于处理差分电桥信号的电压电流转换接口集成电路。它不仅能通过二线制方式将输入信号转换成标准的4-20ma电流信号，而且也能通过三线制方式输出0/4-20ma的电流信号。
am442由三部分组成，一是用于差分信号放大的高精度前置放大器（i a），二是高度稳定的可调参考电压源（4.5～10v），该电压源同时可作为外接器件的激励电源，三是由电压控制的电流输出级，用于将电压信号转换成电流输出(0/4-20ma，12±8ma输出)。此外，am442还有一个附加的可作为电压源或电流源的运算放大器，因此am442可以适应工业上的不同需求，此外，只要外接少量元件，就可使am442成为一个用途广泛的电压电流转换接口电路。
表1 am442的引脚功能
| 管 脚 | 名 称 | 简 介 |
| 1 | rs+ | 检测电阻+ |
| 2 | vcc | 工作电压 |
| 3 | rs- | 检测电阻- |
| 4 | out | 输出 |
| 5 | cvref | 电流电压源 |
| 6 | vcret | 电流电压源调节 |
| 7 | set | 输出偏置电流设定 |
| 8 | in- | 反向信号输入 |
| 9 | in+ | 正向信号输入 |
| 10 | gain- | 增益调节 |
| 11 | gain | 增益调节 |
| 12 | gain+ | 增益调节 |
| 13 | vset | 参考电压选择 |
| 14 | gnd | ic接地 |
| 15 | vref | 参考电压源输出 |
| 16 | dis | 输出级控制 |
2 引脚功能和主要特点
am442的引脚图如图1所示。各引脚的详细功能如表1所列。am442有以下主要特点：
*工作电压范围宽达6～35v；
*工作温度范围为-40～+85℃；
*带有4.5～10v可调的高度稳定参考电压源；
*带有高精度前置放大器（输入信号范围大）；
*带有附加的电压和电流源；
*增闪系数和偏置可调；
*二线方式输出为4～20ma；
*三线方式输出为0/4～20ma；
*输出电流范围可调；
*内置极性保护；
*过载时可自动切断输出电流（可选择）；
*带有过流和超温保护功能。
3 电路原理
am442是一个用于处理差分电桥信号的电压/电流转换接口集成电路。通过少量的外接元件就可以输出电流，而且可在一个较大的范围内调整。除了外接电阻ro到rs和电容c1(c2)之外，要使电路正常工作，还需要一个外接的三极管和一个起保护作用的二极管（见图2、图3）。外接的三极管可降低am442的耗散功率。同时，在选择二极管和三极管时也要注意它们本身的耗散功率，am442由三个基本单元组成，第一部分为输入级，第二部分为输出级，第三部分为可调的参考电压源。其框图如图2所示。
3.1 输入缓冲放大器
am442的输入级是一个高精度的前置放大器。它有较大的增益调节范围，能适应不同的差分输入信号，因而可用于各种不同变化范围的传感器信号处理。增益系数的大小由外接电阻来决定。
3.2 电流输出级
在电流输出端，借用于内置参考电压源，并通过外接电阻调节偏置电压，即可调节输出电流的最小值iset。输出电流iout是通过集成电路管脚4（out）控制的三极管t1输出的。am442的一个特别功能可通过管脚16（dis）来实现，如果管脚dis与参考电压管脚15（vref）相连，那么在输入信号过载时，输出电流会自动切断。如果管脚16（dis）空着，那么输出电流不会因为输入信号过载而自动切断。
此外，当芯片温度过高时，am422会自动切断输出电流。
3.3 参考电压源
am442中的参考电压源，可用作需要恒定电压的传感器或其它外接电路的供电电源。它可通过外接的电压分配器提供从4.5v～10v的任意一个数值的电压源。
图3 三线输出应用电路
4.1 三线输出应用电路
am442典型的三线输出应用如图3所示。在三线方式输出时，管脚2（vcc）和管脚1(rs+)相联，管脚14（gnd）与地ground相联，电路的输出增益系数可由外接电阻r1和r2来调节。am442在该方式工作时，电路具有过流关断功能。
该例中，如需输出电流在0～20ma之间变化，那么，在偏置电流iset为零（管脚7与管脚14相联）时。根据转换公式，其输出电流iout应为：
iout=vingin/r0
同时，在电源电压和集成电路的最小工作电压vcc(min)为6v时，它们与负载电阻rl之间的关系必须满足下面的式子，整个电路才能正常工作：
vs据≥ioutmaxrl+6v
若将附加的运算放大器作为恒流源来使用。那么，用于传感器的桥式电路中的恒流源电流is，可通过外接电阻rset来确定，公式为：
is=vbg/rset
式中，vbg应取1.27v。实际上，在输出电流范围为0～20ma(三线方式输出)时，如果输入电压vin的范围为0～250mv，vref=5v,gin=2，那么，其主要外接元件的取值应为:r0=25Ω,r1=22kΩ，r2=22kΩ，r5=40Ω,rl=0～600Ω,c1=2.2μf。
图4 二线输出应用电路
4.2 二线方式输出应用电路
图4给出了典型的二线方式输出应用电路图。在二线方式输出时，管脚2（vcc）和管脚3（rs-）相连。需要说明的是，该方式由于am442的16脚（dis）悬空不接，因此不具有输入过载时的超载判断功能。而输出增益系数则仍由外接电阻r1和r2调节。
对于二线输出方式，在输出电流范围为4～20ma时，如果输入电压vin的范围为0～200mv，vref=5v,gin=2，那么，外接元件的数值应为：r0=25Ω,r1=22kΩ,r2=22kΩ,r3=100kΩ,r4=0～5kΩ,r5=40Ω,rl=0～500Ω,c1=2.2μf,c2=100nf。